Инерция и транспорт

На транспорте, пожалуй, инерция машин проявляется наиболее ярко, если не считать, конечно, космическую технику, где все, можно сказать, «построено на инерции». Дело в том, что транспортные машины при невысокой скорости ощущают, как правило, незначительное сопротивление движению со стороны дороги и воздуха. К тому же эти машины, особенно работающие в городах, делают частые остановки. Таким образом, машина практически постоянно то разгоняется, то замедляется, а как мы уже говорили, в этих случаях и проявляется свойство инерции или инертность тел.

Инерция или инертность в транспорте играет двоякую роль: с одной стороны, она полезна, а с другой — вредна. Причем сразу и не скажешь, чего тут больше — положительного или отрицательного.

Если говорить о полезных проявлениях инерции на транспорте, то, во-первых, она помогает машине с ходу, или, как говорят автомобилисты, динамически, преодолевать подъемы и другие труднопроходимые места. Наверное, каждый из нас был свидетелем того, как перед крутым подъемом, особенно если он скользкий покрыт льдом или снегом, автомобиль разгоняется и берет такие подъемы, на которых он обязательно заскользил бы, если бы ехал медленно.

Между прочим, поезда, особенно грузовые тяжеловесные, поступают так еще чаще, чем автомобили. Даже если рельсы совершенно сухи, тяги локомотива просто может не хватить для преодоления составом крутого подъема. И тут машинисту приходится пользоваться инерцией, причем со строгим расчетом. Еще бы, разгони он поезд до скорости чуть меньше расчетной — не преодолеть ему подъема, все пришлось бы начинать сначала. А это на железнодорожном транспорте ЧП. Здесь нельзя не вспомнить, как еще в середине прошлого века русский инженер Шуберский предлагал специально увеличивать инертность состава, навешивая на специальные платформы несколько громадных маховиков, соединенных с колесами. Разогнавшись, эти платформы помогали «втаскивать» состав на значительные подъемы. Следует для точности отметить, что поезда и автомобили при динамическом преодолевании подъемов совершают отнюдь не движение «по инерции»: они существенно замедляются, теряют скорость иногда вплоть до полной остановки изза внешних сил, мешающих движению.

Другое полезное проявление инерции на транспорте — возможность движения машин за счет накопленной кинетической энергии, или, как говорят транспортники, накатом. Двигатель, если он электрический (как, например, на трамвае, троллейбусе, электропоезде), просто отключается, а если он тепловой, то чаще всего он еще отсоединяется от трансмиссии, — системы, служащей для передачи вращения к колесам.

Накат на транспортных машинах применяется чрезвычайно широко. Трамваи, например, практически или разгоняются, или идут накатом. Близки к такому движению поезда метро. Автобусы и троллейбусы используют накат пореже — они находятся обычно в колонне автомобилей и двигаться по «своим законам» в большинстве случаев не могут. Иное дело, на свободном от транспорта шоссе. Здесь водитель высокого класса может при желании во всю использовать инерцию автомобиля и сэкономить до 30% энергии или горючего.

Каким же образом накат позволяет экономить энергию? Двигатели транспортных машин, в том числе и автомобилей, обычно рассчитаны на существенно большую мощность, чем та, которая требуется для равномерного движения со средней скоростью. Запас мощности нужен главным образом для интенсивного разгона и движения с максимальными скоростями. А когда автомобиль движется со средней скоростью по ровной дороге, мощность двигателя используется далеко не полностью, нередко он работает в четверть силы, если не меньше. Экономичность двигателя при этом далеко не лучшая: на каждую единицу произведенной работы тратится гораздо больше горючего, чем при нормальной «номинальной» загрузке силового агрегата. Поэтому, разогнав автомобиль при работе двигателя на полной загрузке, а затем двигаясь накатом, за счет накопленной при разгоне кинетической энергии, можно экономить горючее.

Накат автомобиля имеет и отрицательные стороны, поскольку движение в этом случае неравномерное — скорость при накате постоянно падает. Отсюда вывод: для движения автомашины со среднетехнической скоростью ее приходится ускорять свыше этой скорости до наката и существенно снижать скорость в конца наката. А это не всегда можно сделать. Если верхний предел скорости ограничен небольшой величиной, как, например, в городе, то в конце наката ее приходится снижать до самых малых величин — почти до скорости пешехода. Да и водителю с пассажирами такое «импульсивное» движение — смена постоянных ускорений и замедлений — не доставляет удовольствия. Однако при этом экономится горючее.

Аналогично используется накат в трамваях, что наглядно иллюстрирует стрелка амперметра на панели водителя. При трогании с места и разгоне трамвая ток очень велик. Но по достижении определенной скорости водитель выключает тяговый двигатель, и стрелка на амперметре падает до нуля. Трамвай идет накатом. Благодаря тому что стальные колеса трамвая, катясь по рельсам, имеют очень малое сопротивление — в 3—4 раза меньшее, чем у автомобиля, скорость при накате трамвая падает незначительно. И только при торможении стрелка амперметра снова подскакивает, но тут уже ток течет в обратном направлении — это торможение самим электродвигателем.